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TWI407498B - 晶圓接合裝置及晶圓接合方法 - Google Patents

晶圓接合裝置及晶圓接合方法 Download PDF

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Publication number
TWI407498B
TWI407498B TW98105548A TW98105548A TWI407498B TW I407498 B TWI407498 B TW I407498B TW 98105548 A TW98105548 A TW 98105548A TW 98105548 A TW98105548 A TW 98105548A TW I407498 B TWI407498 B TW I407498B
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TW
Taiwan
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substrate
holding
holding mechanism
bonding
gas
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Application number
TW98105548A
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English (en)
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TW201013761A (en
Inventor
Takeshi Tsuno
Takayuki Goto
Masato Kinouchi
Kensuke Ide
Takenori Suzuki
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of TW201013761A publication Critical patent/TW201013761A/zh
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Publication of TWI407498B publication Critical patent/TWI407498B/zh

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Description

晶圓接合裝置及晶圓接合方法
本發明係關於一種晶圓接合裝置及晶圓接合方法,尤有關於將基板彼此予以接合之晶圓接合裝置及晶圓接合方法。
已知有一種將細微之電氣零件或機械零件予以積體化之MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微機電系統)。以該MEMS而言,係例示有微機械(Micro Machine)、壓力感測器(sensor)、超小型馬達等。該MEMS係密封懸臂(cantilever)所例示之振動結構而形成。此種MEMS係藉由將形成有圖案之基板彼此予以接合而製造。
在日本專利第3970304號公報中係揭示有一種使用常溫接合而大量生產製品之常溫接合裝置。該常溫接合裝置係具備:接合腔室(chamber),生成用以常溫接合上側基板與下側基板之真空氣體環境;上側平台(stage),設置在前述接合腔室之內部,且將前述上側基板支撐在前述真空氣體環境;支架(carriage),設置在前述接合腔室之內部,且將前述下側基板支撐在前述真空氣體環境;彈性導件,與前述支架接合成同體;定位平台,設置在前述接合腔室之內部,且可朝水平方向移動地支撐前述彈性導件;第1機構,驅動前述彈性導件而使前述支架朝前述水平方向移動;第2機構,使前述上側平台朝與前述水平方向垂直之上下方向移動;及支架支撐台,設置在前述接合腔室之內 部,且於將前述下側基板與前述上側基板壓接時,朝前述上側平台移動之方向支撐前述支架;前述彈性導件係以前述下側基板與前述上側基板不接觸時前述支架不與前述支架支撐台接觸之方式支撐前述支架,且以前述下側基板與前述上側基板壓接時前述支架接觸前述支架支撐台之方式彈性變形。
在此種常溫接合裝置中,該接合之2個基板主要係藉由靜電引力而由靜電固持盤(chuck)予以保持而接合。在使用此種接合而大量生產製品時,係期望將基板更加確實且在更短時間內予以接合。
在日本特開平01-112745號公報中,係揭示有一種將處理結束之晶圓予以容易且不會損及晶圓而從靜電固持盤確實脫離之方法。該半導體製造裝置之晶圓脫離方法之特徵係為在停止半導體製造裝置對於靜電固持盤施加電壓時,一面使施加電壓之極性交替一面設為OFF。
在日本特開平10-270539號公報中,係揭示一種可使晶圓容易從靜電固持盤脫離,並且異物不會附著在晶圓之靜電固持盤之使用方法。該靜電固持盤之使用方法,係一種具有二個電極且藉由將電壓施加於此電極而吸附、脫離晶圓之靜電固持盤之使用方法,其特徵為:在使前述晶圓從靜電固持盤脫離之際,在前述二個電極間產生電位差且以前述晶圓之電位成為與在前述晶圓帶電之電荷之極性相反之極性之方式將電壓施加於前述二個電極。
在日本特開平10-284583號公報中係揭示有一種可使半 導體晶圓確實脫離之靜電固持盤除電方法。該靜電固持盤除電方法,係具備依據對向配置在腔室內之1對電極之一方之施加電壓而將半導體晶圓予以充放電,藉此而可使該半導體晶圓吸附及脫離之電介質所組成之靜電固持盤,其特徵為:在藉由前述靜電固持盤而使前述半導體晶圓脫離之情形下,將前述施加電壓設為由正或負電壓所形成之單極之衰減矩形波。
在日本專利第1645440號公報中,係揭示有一種可使藉由靜電固持盤所固定之被處理物確實脫離之被處理物之脫離裝置。該被處理物之脫離裝置之特徵為:將孔部設置在上述被處理物之固定位置,該孔部係將以靜電方式固定被處理物之靜電固持盤之電極、及貼附在此電極之上述被處理物固定側面之電介質膜予以貫通,且在上述孔部連接氣體供給管及氣體排氣管而成,對於固定在上述靜電固持盤之被處理物之固定面,從上述孔部噴吹從上述氣體供給管所送之氣體,藉此而使蓄積在上述電介質膜之電荷放電而使被處理物脫離。
在日本特開昭62-18727號公報中係揭示有一種半導體處理裝置,其具備可藉由靜電固持盤確實地將被處理物予以固定,而且可確實進行被處理物之脫離之靜電固持盤機構。該半導體處理裝置係具備:上部開放之導電性之腔室;靜電固持盤電極,經由絕緣材料而配置在該腔室上部;電介質膜,設在與前述絕緣材料抵接之側之前述靜電固持盤表面;孔部,貫通前述電介質膜及靜電固持盤電極 而穿設,且供氣體之供給與排氣;及支撐台,使配置在前述腔室內之被處理物朝上方移動,其特徵為:在至少涵蓋前述靜電固持盤電極及電介質膜之孔部部分埋設有筒狀之絕緣構件。
在日本特開昭62-277234號公報中係揭示有一種靜電固持盤裝置,在欲使晶圓等之被吸附物脫離時以可使被吸附物立即從吸附面脫離之方式使與殘留吸附力對向之強制脫離力作用於被吸附物,而且亦可容易進行吸附面損傷時等之電極更換。該靜電固持盤裝置之特徵為具備靜電吸附基板,該靜電吸附基板係具有為了使被吸附物脫離,而將加壓氣體噴出於被吸附部與吸附面間之氣體釋出設備。
在日本專利第2590571號公報中係揭示有一種可靠性高之半導體晶圓處理裝置之晶圓保持機構,可一面將吹氣(blow gas)壓抑制為較低,一面保持穩定姿勢而將晶圓從靜電固持盤強制脫離。該半導體晶圓處理裝置之晶圓保持機構,係一種將靜電固持盤裝設在製程(process)處理室內所設置之固持盤保持具之前端,且將搬入於室內之半導體晶圓予以吸附保持在前述靜電固持盤而進行特定之製程處理之半導體晶圓處理裝置之晶圓保持機構,其特徵為具備:靜電固持盤,具有在固持盤本體之固持盤面上所形成之環狀圖案之氣體噴出溝、及與該氣體噴出溝連通而在固持盤本體穿孔之氣體導入孔;及吹氣供給設備,通過固持盤保持具之內部而配管連接在前述靜電固持盤之引導(guide)導入孔;且在晶圓之吸附保持狀態下停止對於靜電 固持盤施加電壓之後,將從吹氣供給設備所供給之吹氣導入於前述氣體噴出溝之全周域,而以該吹氣壓將晶圓從靜電固持盤之固持盤面予以強制脫離。
在日本專利第2974303號公報中係揭示有一種生產性高且亦具備可靠性之低成本之被處理體之脫離方法。此被處理體之脫離方法之特徵為:在將被處理體保持在靜電固持盤而對被處理體施以加工之後,對於在前述靜電固持盤與被處理體之間所形成之間隙,導入水或乙醇(alcohol)、或含水或乙醇之混合氣體之至少任一者而使被處理體從靜電固持盤脫離。
在日本特開2002-231800號公報中係揭示有一種防止經電漿處理之基板附著於上部電極,而謀求良率與運轉率之提升之基板處理方法。該基板處理方法係使對向配置之上部電極與下部電極之間產生電漿而對於載置於前述下部電極之基板施以電漿處理,於將處理後之基板取出之際,對前述處理後之基板噴吹從上部電極之側朝向下部電極之側之氣體而防止前述基板殘留於上部電極之電荷所導致之吸附。
在日本專利第3758979號公報中係揭示有一種既維持基板之均熱性與較高之吸附力,脫離響應性與氣體洩漏又較少之靜電固持盤。該靜電固持盤係具備陶瓷電介質層;載置面,設在該陶瓷電介質層之表面,用以保持被保持物;及保持電極,以與該載置面相反側之表面對向之方式設置而成;其特徵為:前述載置面係藉由氣體噴出溝而分離為 載置面外周區域與載置面中心區域,而表面粗度Ra在前述載置面中心區域為0.6~1.5μm,而在前述載置面外周區域為0.7μm以下,並且前述載置面外周區域之表面粗度係較前述載置面中心區域之表面粗度更小,而且前述載置面外周區域之高度係較前述載置面中心區域之高度還高0.6μm~10μm。
在日本專利第3810300號公報中係揭示一種靜電固持盤,即使是翹曲或變形之晶圓亦可牢固地吸附,且可使晶圓表面之溫度分布均一,並且冷卻氣體之氣體洩漏較少,更進而在晶圓之脫離響應性具有優異性。該靜電固持盤係具備在板狀陶瓷體之一方之主面,殘留具有成為晶圓之第二保持面之頂面之外周部,而深度為3μm~10μm,且除周緣部以外之中央區域之底面成為上述晶圓之吸附區域之第一保持面之凹部,並且在該凹部底面之上述周緣部具備氣體溝而成,其特徵為在上述第一保持面之下方,且為在上述第二保持面靠內側之板狀陶瓷體中或板狀陶瓷體之另一方主面具備有靜電吸附用電極之靜電固持盤,而上述第二保持面中之起伏係為1μm~3μm。
在日本特表2003-504871號公報中係揭示一種靜電固持盤,防止陶瓷層之翹曲及冷卻氣體之洩漏,而且在將靜電吸附力增大之同時在脫離亦不需時間。該靜電固持盤之特徵為一種靜電固持盤,具備:金屬基板;具有特定厚度之圓板狀之陶瓷層,經由接著劑層而接著於前述金屬基板上;平面狀之電極,在前述陶瓷層之厚度方向之中央埋設 於前述陶瓷層內;及冷卻氣體溝,在前述電極之上部,且在外側端部靠內側形成於前述陶瓷層之表面。
在日本特開2005-191338號公報中係揭示一種基板保持裝置,可高精確度地進行晶圓等之基板之固定,而且可將基板脫離時對於基板所造成之損害減小。該基板保持裝置之特徵為具備:第1固定治具,將中空部予以減壓而可將基板之至少外周區域予以吸附保持在第1保持面;第2固定治具,配置在前述中空部內,且將吸附口予以減壓而可使基板吸附保持在第2保持面;治具升降裝置,使前述第1固定治具及第2固定治具之至少一方升降而使第1保持面與第2保持面之上下位置變位;及吸附裝置,與前述第1固定治具之中空部及前述第2固定治具之吸附口連接而可使基板吸附解放於第1保持面及第2保持面之至少一方;且構成為:藉由前述吸附裝置各自獨立進行控制對於第1固定治具與第2固定治具之吸附與開放,並且藉由前述治具升降裝置使基板抵接或分開於第1保持面與第2保持面。
在日本特開2006-49356號公報中係揭示一種靜電固持盤,即使在曝露於電漿之後亦可維持平滑之面,其結果,可抑制對於矽晶圓等之被吸附物之微粒子(particle)污染,而且在被吸附體之吸附、脫離特性具有優異性。該靜電固持盤之特徵為具備靜電固持盤用電介質,且在100℃以下之低溫使用,該靜電固持盤用電介質之特徵為:氧化鋁為99.4wt%以上、氧化鈦較0.2wt%大且為0.6wt%以下,平均粒子徑為2μm以下且體積電阻率在室溫下為108 ~1011 Ω cm。
在日本特開2007-214287號公報中係揭示一種靜電固持盤,即使在曝露於電漿之後亦可維持平滑之面,其結果,可抑制對於矽晶圓等之被吸附物之微粒子污染,而且在被吸附體之吸附、脫離特性具有優異性,且可容易以低溫燒成來製作。該靜電固持盤之特徵為具備靜電固持盤用電介質,該靜電固持盤用電介質係為:氧化鋁為99.4wt%以上、氧化鈦較0.2wt%大且為0.6wt%以下,體積電阻率在室溫下為108 ~1011 Ω cm,而且氧化鈦在氧化鋁粒子之粒界中偏析之結構。
在日本特開2007-311462號公報中係揭示一種靜電固持盤工作台(table)機構,其具備將在貼附於被加工物之保護帶所帶電之靜電予以去除之功能。該靜電固持盤工作台機構係具備:固持盤工作台,具備用以保持被加工物之保持面;電極,配設在該固持盤工作台之內部且藉由施加電壓而產生電荷;及電壓施加設備,將電壓施加於該電極;其特徵為具備:空氣(air)供給通路,形成在該固持盤工作台且在該保持面開口;及離子化空氣供給設備,將經離子化之空氣供給至該空氣供給通路。
在日本特開2008-47564號公報中係揭示有一種真空處理裝置,在對於基板運用真空處理等中開始使用靜電固持盤之前,可進行電介質層之絕緣狀態診斷。該真空處理裝置係一種將基板載置於真空容器內之載置台所設之靜電固持盤,且將固持盤電壓施加於固持盤電極而使基板靜電吸附 於靜電固持盤,而對基板進行處理之真空處理裝置,其特徵為具備:電源,用以將較真空處理時之固持盤電壓更低之診斷電壓施加於前述固持盤電極;測定部,在將診斷電壓施加於前述固持盤電極時用以測定靜電固持盤之電性特性,且取得該測定資料;及診斷部,根據經由此測定部所取得之前述測定資料與預先設定之設定資料而診斷是否可使用前述靜電固持盤。
上述之先前技術文獻所記載之從靜電固持盤將基板更確實脫離之技術,並不適用於將基板接合之技術。
本發明之課題在於提供一種在更短時間內將基板接合之晶圓接合裝置及晶圓接合方法。
本發明之另一課題在於提供一種使基板從保持機構更確實脫離之晶圓接合裝置及晶圓接合方法。
本發明之再另一課題在於提供一種防止接合基板之氣體環境惡化之晶圓接合裝置及晶圓接合方法。
本發明之晶圓接合方法係包括以下步驟:藉由將電壓施加於保持機構而將第1基板保持在保持機構;藉由將該第1基板與第2基板接合而生成接合基板;及在將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構之後,從保持機構將該接合基板解除固持(dechuck)。該接合基板藉由將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構,而與保持機構之殘留吸附力減低,可更確實地從保持機構被解除固持。
本發明之晶圓接合方法進一步包括:將氣體供給至該接 合基板與保持機構之間之步驟。依據此種晶圓接合方法,即使僅將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構而未將該接合基板解除固持時,亦可將該接合基板解除固持。
該氣體最好於保持該第2基板之其他保持機構從該接合基板離開時,供給至該接合基板與保持機構之間。
該接合基板於從保持機構被解除固持時,以藉由加在該接合基板之重力而保持在其他保持機構之方式移動。亦即,本發明之晶圓接合方法,係該接合基板保持在保持機構之垂直下側時較佳。
本發明之晶圓接合方法進一步包括以下步驟:檢測該接合基板是否已從保持機構被解除固持;及該接合基板未從保持機構被解除固持時,以較該氣體壓力大之壓力將氣體供給至該接合基板與保持機構之間。此時,該氣體係防止被過量利用。
本發明之晶圓接合方法進一步包括以下步驟:於其他保持機構保持該接合基板時,亦即於該接合基板從保持機構被解除固持之後,使保持機構與其他保持機構分開;及在使保持機構與其他保持機構分開之後,搬運該接合基板。
本發明之晶圓接合方法進一步包括以下步驟:將與該第1基板不同之第3基板保持在保持機構;藉由將該第3基板與第4基板接合而生成其他接合基板;及在將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構之後,於該接合基板從保持機構被解除固持時,將供給至保持機構與該接合基板之間之氣體壓力之氣體供給至該其他接合基板與保持機構之 間。此時,將該第3基板與第4基板接合之動作相較於將該第1基板與第2基板接合之動作,可在更短時間內執行。
本發明之晶圓接合方法最好進一步包括:在該接合基板從保持機構被解除固持時,根據供給至保持機構與該接合基板之間之氣體壓力,來算出保持機構保持該接合基板之吸附力之步驟。
本發明之晶圓接合方法進一步包括:在將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構之後,將該接合基板接地之步驟。
本發明之晶圓接合方法進一步包括:在將該第1基板與該第2基板接合之前,將該第1基板與該第2基板淨化之步驟。亦即,本發明之晶圓接合方法最好適用在藉由所謂之常溫接合來接合該第1基板與該第2基板。
本發明之晶圓接合裝置係包括:保持機構,其係具備電極;驅動機構,其係以保持在保持機構之第1基板接合於第2基板之方式,對於該第2基板驅動保持機構;及電源裝置。電源裝置係具有:基板保持模式,其係以保持機構保持該第1基板之方式將電壓施加於電極;及交替衰減模式,其係將一面交替一面衰減之電壓施加於電極。該接合基板藉由將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構,而與保持機構之殘留吸附力減低,可更確實地從保持機構被解除固持。
本發明之晶圓接合裝置進一步包括:輸出氣體之氣體解除固持裝置。保持機構係形成:與該第1基板接觸之吸附 面;及從氣體解除固持裝置使該氣體流通於吸附面之流路。此種晶圓接合裝置即使僅將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構而未將該接合基板解除固持時,亦可將該接合基板解除固持。
本發明之晶圓接合裝置最好進一步包括:檢測基板是否保持在保持機構之感測器。
氣體解除固持裝置係以任意之壓力輸出該氣體。此時,晶圓接合裝置可在該接合基板未藉由氣體之供給而從保持機構被解除固持時,執行以較該氣體壓力大之壓力將氣體供給至該接合基板與保持機構之間之動作,可防止過量利用該氣體。
本發明之晶圓接合裝置最好進一步包括:將保持在保持機構之基板接地之機構。
本發明之晶圓接合裝置進一步包括:將該第1基板與該第2基板淨化之淨化裝置。亦即,本發明之晶圓接合裝置最好適用在藉由所謂之常溫接合來接合該第1基板與該第2基板。
參照圖式記載本發明之晶圓接合裝置之實施形態。該晶圓接合裝置1係如圖1所示,具備接合腔室2與真空玄關(load lock)腔室3。接合腔室2與真空玄關腔室3係為將內部予以密閉而與環境隔開之容器。晶圓接合裝置1係進一步具備閘閥(gate valve)5。閘閥5係介設在接合腔室2與真空玄關腔室3之間,用以將連接接合腔室2之內部與真空玄關 腔室3之內部之閘門(gate)予以閉鎖,或將該閘門予以開放。
真空玄關腔室3係具備未圖示之蓋與真空泵。該蓋係將連接真空玄關腔室3之外部與內部之閘門予以閉鎖,或是將該閘門予以開放。該真空泵係將氣體從真空玄關腔室3之內部予以排氣。以該真空泵而言,係例示有渦輪(turbo)分子泵、低溫泵(cryopump)、油擴散泵。
真空玄關腔室3係進一步在內部具備有搬運裝置6。搬運裝置6係經由閘閥5將配置在真空玄關腔室3之內部之基板,予以搬運至接合腔室2,或者,經由閘閥5將配置在接合腔室2之基板,予以搬運至真空玄關腔室3之內部。
接合腔室2係具備上側保持機構7與下側保持機構8與壓接機構11與對位機構12。下側保持機構8係配置在接合腔室2之內部,可朝水平方向平行移動,而且,以與垂直方向平行之旋轉軸為中心可旋轉移動地支撐在接合腔室2。下側保持機構8係利用在保持基板。對位機構12係用以將藉由下側保持機構8所支撐之基板朝水平方向平行移動,或者,以與垂直方向平行之旋轉軸為中心旋轉移動之方式,將下側保持機構8予以驅動。上側保持機構7係配置在接合腔室2之內部,可朝垂直方向平行移動地支撐在接合腔室2。上側保持機構7係利用在保持基板。壓接機構11係以藉由上側保持機構7所支撐之基板朝垂直方向平行移動之方式,將上側保持機構7予以驅動。
接合腔室2係進一步具備離子槍(ion gun)14。離子槍14 係將氬離子予以加速並釋出。離子槍14係在支撐於上側保持機構7之基板與支撐於下側保持機構8之基板離開時,朝向支撐於上側保持機構7之基板與支撐於下側保持機構8之基板之間之空間,且朝向接合腔室2之內側表面。亦即,離子槍14之照射方向,係通過支撐於上側保持機構7之基板與支撐於下側保持機構8之基板之間,而在接合腔室2之內側表面交叉。另外,離子槍14係可置換為將基板表面予以清淨化之其他清淨化裝置。以該清淨化裝置而言,係例示有電漿槍、高速原子射束(beam)源等。
圖2係表示上側保持機構7。上側保持機構7係具備基底(base)材料21與靜電固持盤22。基底材料21係為藉由壓接機構11所驅動之部分。靜電固持盤22係由陶瓷所形成,且形成為圓柱狀。靜電固持盤22係將該圓柱之1個底面與基底材料21接合,且固定於基底材料21。靜電固持盤22係進一步形成有吸附面23與氣體孔24。吸附面23係為該圓柱之另一個底面,且為平坦,而且形成為平滑之面。氣體孔24係在吸附面23形成有複數個。
圖3係表示靜電固持盤22。靜電固持盤22係具備電極26-1~26-2與氣體流路27。電極26-1~26-2係由導體所形成,且埋設於靜電固持盤22之中。氣體流路27係埋設於靜電固持盤22之中,且一端與氣體孔24連接。
晶圓接合裝置1係進一步具備電源裝置31與氣體解除固持裝置32與感測器33。電源裝置31係將電壓施加於電極26-1~26-2,或者,將電極26-1~26-2予以接地。電源裝置 31係利用在不使與靜電固持盤22之吸附面23接觸之基板29因為重力而落下之方式使基板29把持在靜電固持盤22,或者,利用在將把持在靜電固持盤22之基板29予以從靜電固持盤22脫離。電源裝置31係進一步藉由將下側保持機構8一直接地,而使保持(接觸)在下側保持機構8之基板一直接地。氣體解除固持裝置32係將特定之壓力之氬氣供給至氣體流路27,或者,停止將該氬氣供給至氣體流路27。氣體解除固持裝置32係利用在將把持在靜電固持盤22之基板29予以從靜電固持盤22脫離。另外,氣體解除固持裝置32亦可置換氬氣,而供給影響較小之其他氣體。以該氣體而言,係例示有氮氣。感測器33係由光電探測器(photodetector)所形成,且將光照射在吸附面23之近旁,藉此而檢出基板29是否把持在靜電固持盤22。另外,感測器33係可置換為檢出基板29是否把持在靜電固持盤22之其他感測器。以該感測器而言,係例示有藉由基板29把持在靜電固持盤22時變形,而檢出基板29是否把持在靜電固持盤22之機械感測器。
圖4係表示藉由電源裝置31施加於電極26-1之電壓之變化。該變化41係表示電壓之變動之方式在複數個區間43~45彼此不同,且表示電源裝置31具有複數個動作模式。該複數個動作模式,係包含基板保持模式與交替衰減模式與接地模式。區間43係與電源裝置31以基板保持模式動作之期間對應。區間44係與電源裝置31以交替衰減模式動作之期間對應。區間45係與電源裝置31以接地模式動作 之期間對應。變化41係進一步表示交替衰減模式之動作在基板保持模式之動作之瞬後執行。變化41係進一步表示接地模式之動作在交替衰減模式之動作之瞬後執行。
變化41係表示在區間43施加於電極26-1之電壓為電壓+E為一定,且表示電源裝置31以基板保持模式將一定之電壓+E施加於電極26-1。變化41係表示在區間45施加於電極26-1之電壓為電壓0為一定,且表示電源裝置31以接地模式將電極26-1予以接地。
變化41係表示在區間44施加於電極26-1之電壓一面交替一面衰減。例如,區間44係由彼此相等之複數個週期性區間46-1~46-3所形成。以週期性區間46-1~46-3之各個長度而言,係例示有2秒。電極26-1係在週期性區間46-1~46-3之各個施加較接地電壓0大之正之電壓之後,施加較接地電壓0小之負之電壓。接地電壓0係與施加於保持在下側保持機構8之基板之電壓一致。再者,在週期性區間46-1施加於電極26-1之電壓之最大值,係較電壓+E小,而在週期性區間46-1施加於電極26-1之電壓之最小值,係較電壓-E大。在週期性區間46-2之電壓之最大值,係較在週期性區間46-1之電壓之最大值小,而在週期性區間46-2之電壓之最小值,係較在週期性區間46-1之電壓之最小值大。在週期性區間46-3之電壓之最大值,係較在週期性區間46-2之電壓之最大值小,而在週期性區間46-3之電壓之最小值,係較在週期性區間46-2之電壓之最小值大。
另外,區間44亦可分割為與3個週期性區間46-1~46-3不 同之n個(n=4,5,6,...)之週期性區間46-1~46-n。此時,在週期性區間46-i(i=2,3,...,n)之電壓之最大值,係較在週期性區間46-(i-1)之電壓之最大值小,而在週期性區間46-i之電壓之最小值,係較在週期性區間46-(i-1)之電壓之最小值大。
圖4係進一步表示藉由電源裝置31施加於電極26-2之電壓之變化。該變化42係表示施加於電極26-2之電壓相對於接地電壓0與施加於電極26-1之電壓對稱。亦即,變化42係表示在區間43施加於電極26-2之電壓為電壓-E為一定,且表示電源裝置31以基板保持模式將一定之電壓-E施加於電極26-2。變化42係表示在區間45施加於電極26-2之電壓為電壓0為一定,且表示電源裝置31以接地模式將電極26-2予以接地。
變化42係表示在區間44施加於電極26-2之電壓一面交替一面衰減。例如,區間44係由彼此相等之複數個週期性區間46-1~46-3所形成。電極26-2係在週期性區間46-1~46-3之各個施加較接地電壓小之負之電壓之後,施加較該接地電壓大之正之電壓。該接地電壓係與施加於保持在下側保持機構8之基板之電壓一致。再者,在週期性區間46-1施加於電極26-2之電壓之最大值,係較電壓+E小,而在週期性區間46-1施加於電極26-2之電壓之最小值,係較電壓-E大。在週期性區間46-2之電壓之最大值,係較在週期性區間46-1之電壓之最大值小,而在週期性區間46-2之電壓之最小值,係較在週期性區間46-1之電壓之最小值大。在 週期性區間46-3之電壓之最大值,係較在週期性區間46-2之電壓之最大值小,而在週期性區間46-3之電壓之最小值,係較在週期性區間46-2之電壓之最小值大。
圖5係表示藉由本發明之晶圓接合方法之實施形態。本發明之晶圓接合方法係使用晶圓接合裝置1來執行。使用者首先係於將閘閥5予以閉鎖之後,在接合腔室2之內部生成真空氣體環境,且在真空玄關腔室3之內部生成大氣壓氣體環境。使用者係將真空玄關腔室3之蓋打開,而將複數個基板配置在真空玄關腔室3之內部。使用者係將真空玄關腔室3之蓋關閉,而在真空玄關腔室3之內部生成真空氣體環境。
使用者係在將閘閥5開放之後,如圖6所示,使用搬運裝置6,將配置在真空玄關腔室3之內部之基板之中之1片下側基板予以配置在下側保持機構8,且將配置在真空玄關腔室3之內部之基板之中之另1片上側基板予以配置在上側保持機構7。此時,電源裝置31係在該上側基板與上側保持機構7之靜電固持盤22接觸時,從接地模式切換為基板保持模式,而將電壓+E施加於電極26-1,且將電壓-E施加於電極26-2。依據此種電壓之施加,即產生電極26-1~26-2與上側基板相互牽引之靜電力,而靜電固持盤22係藉由該靜電力,使該上側基板不會因為重力而從靜電固持盤22之吸附面23落下之方式保持該上側基板(步驟S1)。
晶圓接合裝置1係保持下側基板在下側保持機構8,且在上側基板保持在上側保持機構7之後,將閘閥5予以閉鎖, 而將該上側基板與下側基板予以常溫接合。亦即,使用者首先係在接合腔室2之內部生成特定之真空度之真空氣體環境。使用者在該上側基板與下側基板離開之狀態下,使用離子槍14而朝向該上側基板與下側基板之間釋出氬離子。該氬離子係照射在該上側基板與下側基板,而將形成在該上側基板與下側基板之表面之氧化物等予以去除,且將附著在該上側基板與下側基板之表面之雜質予以去除。
使用者係操作壓接機構11,而使上側保持機構7朝垂直下方向下降,而使該上側基板與下側基板接近。使用者係操作對位機構12而使該上側基板與下側基板之水平面內之相對位置依照設計接合之方式,將下側保持機構8之位置予以移動。使用者係進一步正在基板對位中,以接合腔室2之內部之壓力成為目標壓力之方式控制。
使用者係將該上側基板與下側基板予以對位,而且,在接合腔室2之內部之壓力在目標壓力穩定時,操作壓接機構11,而使上側保持機構7朝垂直下方向下降,而如圖7所示,使該上側基板與下側基板接觸。該上側基板與下側基板係藉由該接觸而接合,且形成為1片接合基板(步驟S2)。
使用者係在形成該接合基板之後,執行解除固持次序(sequence),藉此如圖9所示,將該接合基板配置在下側保持機構8(步驟S3)。使用者接著以搬運裝置6可將該接合基板搬出之方式,使用壓接機構11使上側保持機構7朝垂直上方向上升,而如圖10所示,使上側保持機構7與下側保 持機構8分開(步驟S4)。使用者係在將上側保持機構7與下側保持機構8分開之後,將閘閥5予以開放,且使用搬運裝置6將配置在下側保持機構8之接合基板予以搬運至真空玄關腔室3之內部(步驟S5)。
步驟S1~步驟S5之動作,係重複執行直到初期裝填在真空玄關腔室3之內部之基板所有都常溫接合。使用者係當初期裝填在真空玄關腔室3之內部之基板所有都常溫接合時,將閘閥5予以閉鎖,而在真空玄關腔室3之內部生成大氣氣體環境。使用者係將真空玄關腔室3之蓋打開,而將經常溫接合之複數個接合基板予以從真空玄關腔室3取出。
在步驟S3中,係執行第1解除固持次序或第2解除固持次序之中之一方。例如,該第1解除固持次序係在對於配置在真空玄關腔室3之內部之複數個基板所執行之複數個常溫接合之中之第1次常溫接合之瞬後執行。該第2解除固持次序係在該複數個常溫接合之中之第2次以後之常溫接合之瞬後執行。
圖11係表示該第1解除固持次序。電源裝置31係在常溫接合之瞬後,首先,從基板保持模式切換為交替衰減模式。此時,如圖8所示,在上側保持機構7配置在與常溫接合時相同之位置之狀態下,電極26-1係施加一面交替一面衰減之電壓,而電極26-2係施加一面交替一面衰減之電壓。電源裝置31係在將該交替重複特定之次數之後,從交替衰減模式切換為接地模式。此時,如圖9所示,電極26- 1係接地,且電極26-2係接地。壓接機構11係在將電極26-1~26-2接地之後,使上側保持機構7僅上升0.5mm(步驟S11)。
靜電固持盤22係藉由將一面交替一面衰減之電壓施加於電極26-1~26-2,而排除殘留在靜電固持盤22之吸附面23之電荷之偏移。亦即,殘留在靜電固持盤22之吸附面23之殘留電荷係被抵銷,而吸附面23係防止電荷重新蓄積。因此,電極26-1~26-2接地時,靜電固持盤22保持該接合基板之殘留吸附力即減少。再者,該接合基板係藉由下側保持機構8而接地,藉此而防止電荷殘留。因此,該殘留吸附力即更加減少。該接合基板係於該殘留吸附力之絕對值較賦予至該接合基板之重力之絕對值大時,仍保持在上側保持機構7。該接合基板係在該殘留吸附力較該重力小時,藉由該重力在下側保持機構8移動,且藉由該重力保持在下側保持機構8。
感測器33係在上側保持機構7僅上升0.5mm之後,檢出該接合基板是否把持在靜電固持盤22(步驟S12)。氣體解除固持裝置32係在該接合基板把持在靜電固持盤22時(步驟S12,是),經由氣體流路27與氣體孔24將相對較低之氣體供給壓之氬氣供給至靜電固持盤22與該接合基板之間(步驟S13)。
感測器33係在將氬氣供給至靜電固持盤22與該接合基板之間之後,再度檢出該接合基板是否把持在靜電固持盤22(步驟S14)。氣體解除固持裝置32係在該接合基板把持 在靜電固持盤22時(步驟S14,是),以將較之前所供給之氬氣之氣體供給壓稍大之氣體供給壓將氬氣供給至靜電固持盤22與該接合基板之間(步驟S15、步驟S13)。步驟S15與步驟S13之動作,係重複執行直到該接合基板從靜電固持盤22脫離。
再者,該接合基板從靜電固持盤22脫離時(步驟S14,否),算出殘留吸附力。該殘留吸附力f係使用氣體壓力p與氣體壓施加面積s而以下式來表現。
f=p×s
在此,氣體壓力p係表示在該接合基板從靜電固持盤22脫離時,藉由氣體解除固持裝置32供給至靜電固持盤22與該接合基板之間之氬氣之氣體供給壓。氣體壓施加面積s係表示氣體孔24之總面積,亦即,表示靜電固持盤22保持接合基板時與該接合基板從氣體解除固持裝置32所供給之氬氣接觸之面積。
步驟S13~S15之動作,在執行步驟S11之後該接合基板與靜電固持盤22脫離時(步驟S12,否)不予以執行。
依據此種第1解除固持次序,上側保持機構7即可更確實將該接合基板解除固持。亦即,藉由將一面交替一面衰減之電壓施加於電極26-1~26-2,靜電固持盤22保持該接合基板之殘留吸附力即減低。因此,不需執行步驟S13~S15之動作,而有使該接合基板被解除固持之情形。即使該殘留吸附力未充分減低之情形下,藉由執行步驟S13~S15之動作,該接合基板亦可更確實且在更短時間內被解除固 持。再者,在步驟S13所供給之氬氣之氣體供給壓,係藉由該殘留吸附力之減低而減低。因此,防止氬氣過量供給至接合腔室2之內部。
依據此種第1解除固持次序,即使難以推定該殘留吸附力之大小時,亦可以更小壓力之氬氣將該接合基板解除固持,且防止氬氣過量供給至接合腔室2之內部。依據此種第1解除固持次序,亦可測定靜電固持盤22保持該接合基板之吸附力。該吸附力,亦可用來算出上側保持機構7用以保持基板之施加電壓。再者,晶圓接合裝置1不需另行具備用以測定該殘留吸附力之感測器(例如荷重元(load cell)),故較佳。
圖12係表示該第2解除固持次序。電源裝置31係在常溫接合之瞬後,首先從基板保持模式切換為交替衰減模式。此時,如圖8所示,在將上側保持機構7配置在與常溫接合時相同之位置之狀態下,電極26-1係施加一面交替一面衰減之電壓,而電極26-2係施加一面交替一面衰減之電壓。電源裝置31係將該交替重複特定之次數之後,從交替衰減模式切換為接地模式。此時,如圖9所示,電極26-1係接地,且電極26-2係接地。壓接機構11係在將電極26-1~26-2接地之後,使上側保持機構7僅上升0.5mm(步驟S21)。
藉由此種動作,與圖11之步驟S11同樣地,於電極26-1~26-2接地時,靜電固持盤22保持該接合基板之殘留吸附力即減少。該接合基板係於該殘留吸附力之絕對值較賦予至該接合基板之重力之絕對值大時,仍保持在上側保持機 構7。該接合基板係在該殘留吸附力較該重力小時,藉由該重力在下側保持機構8移動,且藉由該重力保持在下側保持機構8。
感測器33係在上側保持機構7僅上升0.5mm之後,檢出該接合基板是否把持在靜電固持盤22(步驟S22)。氣體解除固持裝置32係在該接合基板把持在靜電固持盤22時(步驟S22,是),以該第1解除固持次序從靜電固持盤22將該接合基板脫離時在氣體供給壓下之氬氣供給至靜電固持盤22與該接合基板之間(步驟S23)。氬氣之供給係在執行步驟S21之後於該接合基板與靜電固持盤22脫離時(步驟S22,否)不執行。
依據此種第2解除固持次序,與第1解除固持次序同樣地,可更確實將該接合基板解除固持,而且,防止氬氣過量供給。此結果,防止接合腔室2之內部之真空度劣化。此種第2解除固持次序,相較於第1解除固持次序,進一步可在更短時間內執行。因此,本發明之晶圓接合方法,相較於在步驟S3每次執行第1解除固持次序,可在更短時間內執行。再者,本發明之晶圓接合方法,在已知用以將該接合基板解除固持之氣體供給壓時,從最初在步驟S3可執行第2解除固持次序,而無須執行第1解除固持次序。
另外,電源裝置31亦可置換為可以任意時序將特定之電壓施加於下側保持機構8之其他電源裝置。該電源裝置係例如在下側基板配置於下側保持機構8時,以下側保持機構8保持該下側基板之方式,施加一定之電壓至下側保持 機構8。該電源裝置係進一步於一面交替一面衰減之電壓施加於上側保持機構7時,將下側保持機構8接地。此種晶圓接合裝置,係與已述之實施形態之晶圓接合裝置1同樣地,可將接合基板更確實地解除固持,且可將基板在更短時間內予以接合。
本發明之晶圓接合裝置亦可進一步具備經由與保持在上側保持機構7之基板直接接觸之電極而將該基板予以接地之機構。該機構係在步驟S11與步驟S21將保持在上側保持機構7之接合基板予以接地。該機構亦可進一步在步驟S13、S15與步驟S23中,將保持在上側保持機構7之接合基板予以接地。此種晶圓接合裝置係與已述之實施形態之晶圓接合裝置1同樣地,藉由將保持在上側保持機構7之接合基板更確實接地,而可將該接合基板更確實解除固持,且可將基板在更短時間內接合。
靜電固持盤22亦可置換為其他靜電固持盤22。該靜電固持盤52係由陶瓷所形成,且如圖13所示形成為圓柱狀。靜電固持盤52係將該圓柱之1個底面與基底材料21接合,且固定於基底材料21。靜電固持盤52係進一步形成有吸附面53與氣體孔54與溝55。吸附面53係為該圓柱之另一個底面,且為平坦,而且形成為平滑之面。氣體孔54係形成在吸附面53。溝55係以與氣體孔54連接之方式,而且以擴展於吸附面53之中之基板所接觸之區域而配置之方式形成。
此種靜電固持盤52係與已述之實施形態之靜電固持盤22同樣,對於更確實將所保持之基板脫離亦屬有效。此種靜 電固持盤52進一步對於如靜電固持盤22無法將複數個氣體孔24分散配置之情形亦較為理想。
另外,靜電固持盤22亦可具備使保持在靜電固持盤22之基板從靜電固持盤22機械性脫離之其他裝置。以該裝置而言,係例示有使該基板從靜電固持盤22機械性脫離之可動銷(pin)。此種晶圓接合裝置係與已述之實施形態同樣地,可使該基板更確實從靜電固持盤22脫離。此種晶圓接合裝置係進一步不需要形成在靜電固持盤22之氣體孔24與流路27,且不需要氣體解除固持裝置32,故較佳。
本發明之晶圓接合裝置及晶圓接合方法,係藉由將一面交替一面衰減之電壓施加於保持機構,而可減低該保持機構保持基板之殘留吸附力,而更確實且在更短時間內將該基板從該保持機構解除固持。此結果,本發明之晶圓接合裝置及晶圓接合方法可將基板彼此在更短時間內接合。
1‧‧‧晶圓接合裝置
2‧‧‧接合腔室
3‧‧‧真空玄關腔室
5‧‧‧閘閥
6‧‧‧搬運裝置
7‧‧‧上側保持機構
8‧‧‧下側保持機構
11‧‧‧壓接機構
12‧‧‧對位機構
14‧‧‧離子槍
21‧‧‧基底材料
22‧‧‧靜電固持盤
23‧‧‧吸附面
24‧‧‧氣體孔
26-1、26-2‧‧‧電極
27‧‧‧氣體流路
29‧‧‧基板
31‧‧‧電源裝置
32‧‧‧氣體解除固持裝置
33‧‧‧感測器
41、42‧‧‧變化
43、44、45‧‧‧區間
46-1~46-3‧‧‧週期性區間
52‧‧‧靜電固持盤
53‧‧‧吸附面
54‧‧‧氣體孔
55‧‧‧溝
圖1係表示本發明之晶圓接合裝置之實施形態之剖面圖。
圖2係表示上側保持機構之立體圖。
圖3係表示靜電固持盤之剖面圖。
圖4係表示施加於電極之電壓之變化之曲線圖。
圖5係表示本發明之晶圓接合方法之實施形態之流程圖。
圖6係表示將基板搬入時之晶圓接合裝置之狀態之圖。
圖7係表示常溫接合時之晶圓接合裝置之狀態之圖。
圖8係表示交替衰減模式時之晶圓接合裝置之狀態之圖。
圖9係表示接地模式時之晶圓接合裝置之狀態之圖。
圖10係表示將基板搬出時之晶圓接合裝置之狀態之圖。
圖11係表示第1解除固持次序(sequence)之流程圖。
圖12係表示第2解除固持次序之流程圖。
圖13係表示其他靜電固持盤之立體圖。
1‧‧‧晶圓接合裝置
2‧‧‧接合腔室
3‧‧‧真空玄關腔室
5‧‧‧閘閥
6‧‧‧搬運裝置
7‧‧‧上側保持機構
8‧‧‧下側保持機構
11‧‧‧壓接機構
12‧‧‧對位機構
14‧‧‧離子槍

Claims (14)

  1. 一種晶圓接合方法,其係包括以下步驟:藉由將電壓施加於保持機構而將上側之第1基板保持在前述保持機構;藉由將前述第1基板與下側之第2基板接合而生成接合基板;在將一面交替一面衰減之電壓施加於前述保持機構之後,從前述保持機構將前述接合基板解除固持(dechuck);及將氣體供給至前述接合基板與前述保持機構之間。
  2. 如請求項1之晶圓接合方法,其中前述氣體係當保持前述第2基板之其他保持機構從前述接合基板離開時,供給至前述接合基板與前述保持機構之間。
  3. 如請求項2之晶圓接合方法,其中前述接合基板係於從前述保持機構被解除固持時,以藉由加在前述接合基板之重力而保持在前述其他保持機構之方式移動。
  4. 如請求項3之晶圓接合方法,其中進一步包括以下步驟:檢測前述接合基板是否已從前述保持機構被解除固持;及當前述接合基板未從前述保持機構被解除固持時,以較前述氣體壓力大之壓力將氣體供給至前述接合基板與 前述保持機構之間。
  5. 如請求項4之晶圓接合方法,其中進一步包括以下步驟:當前述其他保持機構保持前述接合基板時,使前述保持機構與前述其他保持機構分開;及在使前述保持機構與前述其他保持機構分開之後,搬運前述接合基板。
  6. 如請求項5之晶圓接合方法,其中進一步包括以下步驟:將與前述第1基板不同之第3基板保持在前述保持機構;藉由將前述第3基板與第4基板接合而生成其他接合基板;及在將一面交替一面衰減之電壓施加於前述保持機構之後,於前述接合基板從前述保持機構被解除固持時,將供給至前述保持機構與前述接合基板之間之氣體壓力之氣體供給至前述其他接合基板與前述保持機構之間。
  7. 如請求項5之晶圓接合方法,其中進一步包括在前述接合基板從前述保持機構被解除固持時,根據供給至前述保持機構與前述接合基板之間之氣體壓力,來算出前述保持機構保持前述接合基板之吸附力之步驟。
  8. 如請求項1至7中任一項之晶圓接合方法,其中進一步包括在將一面交替一面衰減之電壓施加於前述 保持機構之後,將前述接合基板接地之步驟。
  9. 如請求項8之晶圓接合方法,其中進一步包括在將前述第1基板與前述第2基板接合之前,將前述第1基板與前述第2基板淨化之步驟。
  10. 一種晶圓接合裝置,其係包括:保持機構,其係具備電極;驅動機構,其係以使前述保持機構所保持之上側之第1基板接合於下側之第2基板之方式,相對於前述第2基板驅動前述保持機構;電源裝置;及輸出氣體之氣體解除固持裝置;前述保持機構係形成有:與前述第1基板接觸之吸附面;及從前述氣體解除固持裝置使前述氣體流通於前述吸附面之流路;前述電源裝置係具有:基板保持模式,其係將電壓施加於前述電極以使前述保持機構保持前述第1基板;及交替衰減模式,其係將一面交替一面衰減之電壓施加於前述電極。
  11. 如請求項10之晶圓接合裝置,其中進一步包括檢測基板是否保持在前述保持機構之感測器。
  12. 如請求項11之晶圓接合裝置,其中 前述氣體解除固持裝置係以任意之壓力輸出前述氣體。
  13. 如請求項10至12中任一項之晶圓接合裝置,其中進一步包括將保持在前述保持機構之基板接地之機構。
  14. 如請求項13之晶圓接合裝置,其中進一步包括將前述第1基板與前述第2基板淨化之淨化裝置。
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